Synthesis of chiral magnetic graphene nanoribbons on ferromagnetic EuAu2
DOI (Low Temperature Physics):
https://doi.org/10.1063/10.0044342Ключові слова:
graphene nanoribbons, intrinsic magnetism, edge states, EuAu2Анотація
Низьковимірні вуглецеві матеріали можуть виявляти власний магнетизм, пов’язаний із p-електронами. Крім того, їх можна виготовляти з атомарною точністю методами on-surface synthesis. Це робить їх привабливими альтернативами для по¬долання обмежень традиційних магнітних матеріалів у таких галузях, як квантові пристрої або спінтроніка. Визначним прикладом є графенові нанострічки, для яких нещодавно було показано наявність власного протяжного магнітного впорядкування крайових станів [J. Brede, N. Merino-Díez, A. Berdonces-Layunta et al. Nature Commun. 14, 6677 (2023)] та локалізованих спінових моментів із добре визначеними квантовкванто¬вими станами [A. Domínguez-Celorrio, L. Edens, S. Sanz et al., Nature Commun. 16, 5632 (2025)]. Однак їхній спіновий стан визначається електронним заповненням і спін-обмінними вза¬ємодіями, які можна налаштовувати ви-бором відповідної під¬кладки. У цій роботі ми синтезуємо хіральні графенові нанострічки завдовжки 3,5 нм на моно-шаровому сплаві EuAu2, вирощеному на Au(111). За допо-могою спін-роздільної скану¬вальної тунельної мікроскопії та спектроскопії ми підтверджуємо феромагнітний стан EuAu2 і виявляємо електронно-допований зарядовий стан нано-стрічок.
Посилання
S. Song, J. Su, M. Telychko, J. Li, G. Li, Y. Li, C. Su, J. Wu, and J. Lu, “On-surface synthesis of graphene nanostructures with p-magnetism,” Chem. Soc. Rev. 50, 3238 (2021). https://doi.org/10.1039/D0CS01060J
D. G. de Oteyza and T. Frederiksen, “Carbon-based nanostructures as a versatile platform for tunable π-magnetism,” J. Phys. Cond. Matter 34, 443001 (2022). https://doi.org/10.1088/1361-648X/ac8a7f
M. Corso, E. Carbonell-Sanromà, and D. G. de Oteyza, “Bottom-Up fabrication of atomically precise graphene nanoribbons,” in On Surface Synthesis II, Advances in Atom and Single Molecule Machines, edited by Dimas G. de Oteyza and Celia Rogero (Springer International Publishing, Cham, 2018), p. 113.
V. Saraswat and R. M. Jacobberger, and M. S. Arnold, “Materials science challenges to graphene nanoribbon electronics,” ACS Nano 15, 3674 (2021). https://doi.org/10.1021/acsnano.0c07835
J. Zhang, O. Braun, G. B. Barin, S. Sangtarash, J. Overbeck, R. Darawish, M. Stiefel, R. Furrer, A. Olziersky, K. Müllen, I. Shorubalko, A. H. S. Daaoub, P. Ruffieux, R. Fasel, and H. Sadeghi, M. L. Perrin, and M. Calame, “Tunable quantum dots from atomically precise graphene nanoribbons using a multigate architecture,” Adv. Electronic Mater. 9, 2201204 (2023). https://doi.org/10.1002/aelm.202201204
J. P. Llinas, A. Fairbrother, G. B. Barin, W. Shi, K. Lee, S. Wu, B. Y. Choi, R. Braganza, J. Lear, N. Kau, W. Choi, C. Chen, Z. Pedramrazi, T. Dumslaff, A. Narita, X. Feng, K. Müllen, F. Fischer, A. Zettl, P. Ruffieux, E. Yablonovitch, M. Crommie, R. Fasel, and J. Bokor, “Short-channel field-effect transistors with 9-atom and 13-atom wide graphene nanoribbons,” Nature Commun. 8, 633 (2017). https://doi.org/10.1038/s41467-017-00734-x
S. Clair and D. G. de Oteyza, “Controlling a chemical coupling reaction on a surface: Tools and strategies for on-surface synthesis,” Chem. Rev. 119, 4717 (2019). https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.8b00601
O. V. Yazyev, R. B. Capaz, and S. G. Louie, “Theory of magnetic edge states in chiral graphene nanoribbons,” Phys. Rev. B 84, 115406 (2011). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.84.115406
S. Wang, L. Talirz, C. A. Pignedoli, X. Feng, K. Müllen, R. Fasel, and P. Ruffieux, “Giant edge state splitting at atomically precise graphene zigzag edges,” Nature Commun. 7, 11507 (2016). https://doi.org/10.1038/ncomms11507
P. Ruffieux, S. Wang, B. Yang, C. Sánchez-Sánchez, J. Liu, T. Dienel, L. Talirz, P. Shinde, C. A. Pignedoli, D. Passerone, T. Dumslaff, X. Feng, K. Müllen, and R. Fasel, “Onsurface synthesis of graphene nanoribbons with zigzag edge topology,” Nature 531, 489 (2016). https://doi.org/10.1038/nature17151
N. Merino-Díez, J. Li, A. GarciaLekue, G. Vasseur, M. Vilas-Varela, E. Carbonell-Sanromà, M. Corso, J. Enrique Ortega, D. Peña, and J. I. Pascual, and D. G. de Oteyza, “Unraveling the electronic structure of narrow atomically precise chiral graphene nanoribbons,” J. Phys. Chem. Lett. 9, 25 (2018). https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.7b02767
J. Li, S. Sanz, N. Merino-Díez, M. Vilas-Varela, A. Garcia-Lekue, M. Corso, D. G. de Oteyza, T. Frederiksen, and D. Peña, and J. I. Pascual, “Topological phase transition in chiral graphene nanoribbons: From edge bands to end states,” Nature Commun. 12, 5538 (2021). https://doi.org/10.1038/s41467-021-25688-z
J. Brede, N. Merino-Díez, A. Berdonces-Layunta, S. Sanz, A. Domínguez-Celorrio, J. Lobo-Checa, M. Vilas-Varela, D. Peña, T. Frederiksen, J. I. Pascual, D. G. de Oteyza, and D. Serrate, “Detecting the spin-polarization of edge states in graphene nanoribbons,” Nature Commun. 14, 6677 (2023). https://doi.org/10.1038/s41467-023-42436-7
A. Domínguez-Celorrio, L. Edens, S. Sanz, M. Vilas-Varela, J. Martinez-Castro, D. Peña, V. Langlais, T. Frederiksen, J. I. Pascual, and D. Serrate, “Systematic modulation of charge and spin in graphene nanoribbons on MgO,” Nature Commun. 16, 5632 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-60767-5
J. Cai, P. Ruffieux, R. Jaafar, M. Bieri, T. Braun, S. Blankenburg, M. Muoth, A. P. Seitsonen, M. Saleh, X. Feng, K. Müllen, and R. Fasel, “Atomically precise bottom-up fabrication of graphene nanoribbons,” Nature 466, 470–473 (2010). https://doi.org/10.1038/nature09211
Y. Que, B. Liu, Y. Zhuang, C. Xu, K. Wang, and X. Xiao, “Onsurface synthesis of graphene nanoribbons on twodimensional rare earth–gold intermetallic compounds,” J. Phys. Chem. Lett. 11, 5044 (2020). https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.0c01398
L. Edens, F. Romero-Lara, T. Sai, K. Biswas, M. Vilas-Varela, T. Frederiksen, D. Peña, F. Schulz, and J. I. Pascual, Adv. Mater., e10753 (2025). https://doi.org/10.1002/adma.202510753
M. Bazarnik, M. Abadia, J. Brede, M. Hermanowicz, E. Sierda, M. Elsebach, T. Hänke, and R. Wiesendanger, “Atomically resolved magnetic structure of a GD-Au surface alloy,” Phys. Rev. B 99, 174419 (2019). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.99.174419
L. Fernandez, M. Blanco-Rey, R. CastrilloBodero, M. Ilyn, K. Ali, E. Turco, M. Corso, M. Ormaza, P. Gargiani, M. A. Valbuena, A. Mugarza, P. Moras, P. M. Sheverdyaeva, A. K. Kundu, M. Jugovac, C. Laubschat, J. E. Ortega, and F. Schiller, “Influence of 4f filling on electronic and magnetic properties of rare earthau surface compounds,” Nanoscale 12, 22258 (2020). https://doi.org/10.1039/D0NR04964F
M. Blanco-Rey, R. Castrillo-Bodero, K. Ali, P. Gargiani, F. Bertran, P. M. Sheverdyaeva, J. E. Ortega, L. Fernandez, and F. Schiller, “Effect of the valence state on the band magnetocrystalline anisotropy in two-dimensional rare-earth/noblemetal compounds,” Phys. Rev. Res. 4, 013237 (2022). https://doi.org/10.1103/PhysRevResearch.4.013237
N. Bassi, J. Wilhelm, N. Krane, F. Xiang, P. Čmelová, E. Turco, P. Gargiani, C. A. Pignedoli, M. Juríček, R. Fasel, R. Korytár, and P. Ruffieux, “Proximity-driven magnetic coupling between an open-shell nanographene and a rare-earth surface alloy,” ACS Nano 19, 33868 (2025). https://doi.org/10.1021/acsnano.5c09052
Y. Hancock, A. Uppstu, K. Saloriutta, A. Harju, and M. J. Puska, “Generalized tight-binding transport model for graphene nanoribbon-based systems,” Phys. Rev. B: Cond. Matter Mater. Phys. 81, 3 (2010). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.81.245402
S. S. Wuhl, N. Papior, M. Brandbyge, and T. Frederiksen, hubbard v0.4.2, (2023).
Nick Papior and Pol Febrer Calabozo. sisl v0.16.2 (2025).
M. Corso, L. Fernández, F. Schiller, and J. E. Ortega, “Au(111)based nanotemplates by gd alloying,” ACS Nano 4, 1603 (2010). https://doi.org/10.1021/nn901345s
M. Moro-Lagares, J. Fernández, P. Roura-Bas, M. R. Ibarra, A. A. Aligia, and D. Serrate, “Quantifying the leading role of the surface state in the kondo effect of Co/Ag(111),” Phys. Rev. B 97, 235442 (2018). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.97.235442
